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IL PETROLIO
Il petrolio (dal latino petroleum, "olio di roccia"), è un liquido
infiammabile, viscoso, di colore che va dal nero al marrone
scuro, costituito da una miscela di idrocarburi, con peso
specifico inferiore a quello dell'acqua.
Gli idrocarburi sono composti
organici che contengono soltanto atomi di
carbonio e di idrogeno.
Quando viene estratto dai giacimenti, prima di subire
qualsiasi trattamento il petrolio viene detto greggio.
L'unità di misura del volume, per il greggio, è il barile, che
corrisponde a 42 galloni USA, cioè a circa 159 litri.
Formazione del petrolio
Non esiste un'unica teoria riguardo alla formazione del petrolio.
•
La più diffusa, detta biogenica, ipotizza che il
petrolio derivi dalla trasformazione di materiale
biologico, costituito da organismi unicellulari
marini vegetali e animali (fitoplancton e
zooplancton) rimasti sepolti milioni di anni fa.
La decomposizione della materia organica ad
opera di batteri in assenza di ossigeno porta alla
formazione di metano e, successivamente del
petrolio.
•
Esiste anche un'altra teoria, detta abiogena, che afferma
che al momento della formazione della Terra si siano
formati dei depositi di carbonio che, in condizioni di
elevata temperatura e pressione, attraverso complesse
reazioni chimiche, avrebbero dato origine agli
idrocarburi.
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Indipendentemente dalla correttezza di una o dell'altra teoria, una volta generati, gli idrocarburi
migrano verso l'alto attraverso i pori della roccia in virtù della loro bassa densità.
Se nulla blocca la migrazione, questi idrocarburi affiorano in superficie. A questo punto gli
idrocarburi più volatili evaporano e resta un accumulo di bitume.
Gli accumuli naturali di bitume sono
stati usati sin dall'antichità per
impermeabilizzare il legno o per usi
militari, come il fuoco greco.
Tuttavia nel percorso di migrazione, il più delle volte gli
idrocarburi possono accumularsi in rocce porose (dette
"rocce madri") e restare bloccati da uno strato di roccia
impermeabile. In questo caso si può creare una zona di
accumulo, detta "trappola petrolifera".
All'interno della trappola petrolifera si trova quindi una
miscela di idrocarburi liquidi (petrolio) e gassosi (gas
naturale) che ne riempiono le porosità superiori. E'
frequente la situazione per la quale all'interno della roccia
madre si trovano tre strati: uno superiore di gas naturale,
uno intermedio costituito da idrocarburi liquidi ed uno
inferiore di acqua salata.
Ricerca del petrolio
La ricerca viene svolta in genere attraverso
prospezione geofisica, che consiste in un'indagine
delle proprietà fisiche del sottosuolo da cui è possibile
determinare la presenza di particolari disomogeneità
delle proprietà del terreno, associate alla presenza di
trappole strutturali o altre strutture di accumulo di
idrocarburi.
La prospezione geofisica utilizza la propagazione di
onde acustiche prodotte artificialmente. Si registra il
segnale risultante e si misura il tempo di propagazione
con speciali microfoni.
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Con il termine trappola strutturale si indica una struttura geologica che costituisce la struttura
tipica
dei
giacimenti
di
idrocarburi;
grazie
alla
sua
conformazione ed alla presenza di
una
copertura
impermeabile,
interrompe la migrazione degli
idrocarburi dalla roccia madre
verso gli strati più superficiali
della crosta terrestre e ne consente
l'accumulo nelle porosità della
roccia, detta roccia serbatoio,
creando pertanto un giacimento.
Estrazione del petrolio
Alla fase di esplorazione segue la fase di estrazione del
petrolio.
In genere il deposito di petrolio che impregna le rocce
porose si trova ad elevata pressione, per cui risale
spontaneamente attraverso il pozzo petrolifero, mentre
negli altri casi è necessario utilizzare delle pompe
petrolifere per sollevarlo.
Pozzi petroliferi
Perforare un pozzo è operazione lunga e costosa, ma semplice. Le rocce
vengono perforate
con uno
scalpello
rotante
fissato
all’estremità di una serie (batteria)
di tubi d’acciaio (aste) avvitati tra
loro, che viene allungata man mano
che il pozzo diventa più profondo.
Le aste sono sostenute da una torre
alta circa 50 metri (derrick) e
messe in rotazione da una piastra
rotante azionata da un apposito
motore elettrico.
Lo scalpello è costituito da materiali durissimi e, in certi casi,
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dotato di inserti realizzati con diamanti sintetici.
La batteria di aste è lunga quanto la profondità del pozzo (in certi
casi, si raggiungono gli 8.000 metri). Le aste sono cave per
permettere la circolazione di un apposito fango che lubrifica e
raffredda lo scalpello, sostiene le pareti del pozzo e, ritornando in
superficie, trasporta i detriti prodotti dalla frantumazione della
roccia.
A quote di profondità stabilite, il foro viene rivestito di tubi in acciaio.
Il flusso di greggio che fuoriesce in pressione dal pozzo viene regolato
mediante un gruppo di valvole, detto in gergo albero di Natale. L'insieme di
più pozzi petroliferi viene invece detto campo petrolifero.
Pozzi off-shore e piattaforme petrolifere
L’esigenza di trasferire gli impianti di produzione ed estrazione a largo
delle coste ha fatto sì che la ricerca e l’ingegneria offshore siano
diventate innovative e all’avanguardia.
Gli impianti in mare sono di diversi tipi e si differenziano in
base ai fondali, alle profondità e alle condizioni climatiche in
cui si opera:
• Fino a 100 metri di profondità d’acqua, si usano
piattaforme mobili autosollevanti (jack-up) formate
da uno scafo sostenuto da tralicci scorrevoli (gambe).
Queste poggiano sul fondo del mare, lasciando lo
scafo 15-20 metri sopra il livello del mare per non
risentire dell’azione delle onde e delle maree.
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Albero di Natale
•
Per profondità fino a 1.500 metri si utilizzano
piattaforme galleggianti che, una volta ancorate,
poggiano su scafi sommergibili.
•
Per profondità superiori (fino a 3.300 metri)
occorrono navi di perforazione, dotate di
un’apertura nella carena per far passare la
tubazione telescopica (riser), che collega
l’impianto galleggiante alla testa del pozzo.
Tali navi possono operare senza ormeggi fissi,
mantenendo la posizione con sistemi
dinamici, composti di numerose eliche
contrapposte, azionate da computer.
I primi impianti offshore di concezione moderna furono installati al partire dall’inizio degli anni
Cinquanta, ma è stato con l’inizio degli anni Settanta che si è assistito a un vero e proprio boom
dell’industria offshore.
Negli anni Ottanta si sono sviluppate le tecnologie per l’estrazione in acque moderatamente
profonde, mentre negli anni Novanta l’attenzione si è spostata sui giacimenti di piccole dimensioni
e sulla ricerca di idrocarburi nei mari profondi.
Trattamento e stoccaggio del greggio
Appena estratto, il greggio è costituito da una miscela di idrocarburi e contiene acqua, gas
disciolto, sali, zolfo e sostanze inerti come sabbia e metalli pesanti.
Prima di essere immesso negli oleodotti, l’olio estratto deve subire una serie di trattamenti, quali il
degasamento, la disidratazione, la desalificazione e la desolforazione.
Dopo aver subito i vari trattamenti il greggio normalmente viene stoccato in serbatoi cilindrici in
acciaio dotati di impianto di raffreddamento, antincendio e di un bacino di contenimento in caso di
rottura, in attesa di essere trasportato alle raffinerie mediante petroliere e oleodotti.
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Il trasporto del greggio
Il petrolio è presente in quantità apprezzabili per poter essere estratto, solo in alcune zone della
Terra. Pertanto la maggior parte di esso deve essere trasportato per raggiungere le raffinerie e i
luoghi di consumo.
Ci sono due modi di trasportare il petrolio:
•
Gli oleodotti: comprendono un complesso di condotte
costituite da tubi in acciaio in tronchi della lunghezza di
10-12 metri saldati elettricamente tra loro.
In genere vengono interrati a una profondità di 3-15
metri o posti sui fondali marini. Il movimento del
greggio lungo l’oleodotto è assicurato da grandi pompe
distribuite lungo il
percorso a distanze
che variano dai 50 ai 250 chilometri a seconda delle
caratteristiche del territorio attraversato. Stazioni di
controllo e sicurezza distribuite lungo il percorso ne
garantiscono il trasporto ai porti d’imbarco e alle
raffinerie.
•
Il trasporto via nave: è molto delicato, poiché può trasformarsi in una delle principali
fonti d’inquinamento per mari e oceani, se le navi naufragano e si spezzano.
Una moderna petroliera è una nave cisterna a compartimenti separati e doppio scafo
(ovvero dotate di un doppio guscio metallico a protezione del petrolio trasportato) e
dotata di sistemi sofisticati di prevenzione degli incidenti, al fine di ridurre al minimo il
rischio di versare il petrolio nel mare.
Prima della crisi degli anni Settanta, le petroliere erano enormi (450 m di lunghezza, per
500 tonnellate di stazza), ma questa tendenza è stata frenata sia per la riapertura del
Canale di Suez, che ha imposto limitazioni
alle dimensioni delle navi in transito, sia per i
mutamenti del mercato, sia, negli ultimi anni,
per ragioni di sicurezza e tutela ambientale.
Per ridurre l’impatto ambientale di queste
navi, sono stati introdotti anche nuovi sistemi
di ripulitura delle cisterne che permettono di
raccogliere i residui petroliferi per trattarli poi
in impianti a terra, anziché scaricarli in mare.
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La raffinazione del petrolio e uso dei derivati
Il petrolio greggio, così come viene estratto, non ha nessun utilizzo. Le varie tipologie di
idrocarburi (frazioni) da cui è costituito sono invece molto utili, una volta separate. La
separazione avviene in impianti industriali chiamati raffinerie.
I vari idrocarburi vengono separati in base alla diversa temperatura di ebollizione, con il seguente
procedimento:
1. Il greggio liquido, riscaldato a circa 400 gradi centigradi alla base della torre di
raffinazione, si trasforma in un miscuglio di gas che salgono verso l’alto all'interno della
colonna di raffinazione.
2. Salendo, i gas si raffreddano e, in base alla diversa temperatura di condensazione,
vengono separati:
▪ I residui condensano per primi e possono
essere
ulteriormente
separati,
mediante
distillazione sotto vuoto, per produrre oli,
lubrificanti, paraffine, cere e bitumi.
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▪ Il gasolio condensa a 250-350 gradi centigradi.
E’ un liquido denso, utilizzato come combustibile per
motori diesel e per il riscaldamento domestico.
▪ Il kerosene condensa a 160250 gradi centigradi. E’ un
combustibile oleoso usato
come carburante per aerei a
reazione e combustibile per
impianti di riscaldamento.
▪ La nafta condensa a 70-160 gradi centigradi. E’ una
sostanza liquida gialla usata come combustibile e
trasformata per produrre materie plastiche, farmaci,
pesticidi, fertilizzanti. E’ anche un solvente per la
preparazione della gomma.
▪ Le benzine condensano a 20-70 gradi
centigradi. Sono usate come carburante per
automobili ed aerei, ma anche nella produzione
di materie plastiche e detersivi.
▪ Per quanto riguarda i gas, a 20 gradi centigradi, rimangono gassosi solo
metano, etano, propano e butano. La maggior parte di essi
viene usata per scopi energetici e per produrre sostanze
petrolchimiche e materie plastiche. In particolare, butano e
propano costituiscono il
combustibile denominato
GPL.
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Impatto ambientale del petrolio
La presenza dell'industria petrolifera ha significativi impatti sociali e ambientali, da incidenti e da
attività di routine come l'esplorazione sismica, perforazioni e scarti inquinanti:
•
La ricerca e l'estrazione di petrolio offshore disturbano l'ambiente marino circostante.
•
Il greggio e il petrolio raffinato che
fuoriescono dalle navi petroliere incidentate,
hanno danneggiato fragili ecosistemi
in Alaska, nelle Isole Galapagos, in Spagna e in
molti altri posti.
•
Infine, la combustione, di grandi quantità di
petrolio (centrali elettriche, mezzi di trasporto) risulta essere tra i maggiori responsabili
dell'incremento riscontrato delle percentuali di anidride carbonica e di altri gas
nell'atmosfera, incidendo sull'aumento dell'effetto serra. Infatti, tra i prodotti di
combustione del petrolio, troviamo:
▪ ossido di carbonio (CO), che si trova soprattutto
negli scarichi prodotti dagli automezzi che
bruciano benzina o gasolio. È molto dannoso,
perché
impedisce
il
regolare
trasporto
dell’ossigeno nel sangue.
▪ anidride carbonica (CO2) si sviluppa dalla
combustione degli impianti di riscaldamento
nell’industria. Un’elevata concentrazione
nell’atmosfera potrebbe avere dannosi effetti
sul clima terrestre.
▪ anidride solforosa (SO2) è la responsabile
delle piogge acide che ricadendo sulla Terra
hanno devastato intere foreste. Questa
sostanza si produce anche nella combustione
del carbone oltre che delle benzine.
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OCO
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RIASSUMENDO
Prof. Paolo Laveroni - 2014
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